Os labirintos Y permitem que os pesquisadores determinem a relevância de estímulos específicos que impulsionam o comportamento animal, especialmente pistas químicas isoladas de uma variedade de fontes. O design e o planejamento cuidadosos podem produzir dados robustos (por exemplo, discriminação, grau de exploração, inúmeros comportamentos). Este aparelho experimental pode fornecer uma visão poderosa das questões comportamentais e ecológicas.
Os répteis utilizam uma variedade de pistas ambientais para informar e impulsionar o comportamento animal, como trilhas químicas de perfume produzidas por alimentos ou conespecíficos. Descriptografar o comportamento de vertebrados, particularmente espécies invasoras, permite a descoberta de pistas que induzem comportamento exploratório e podem ajudar no desenvolvimento de valiosas ferramentas biológicas básicas e aplicadas. No entanto, identificar comportamentos predominantemente impulsionados por pistas químicas versus outras pistas ambientais concorrentes pode ser desafiador. Labirintos Y são ferramentas comuns usadas em pesquisas de comportamento animal que permitem quantificação do comportamento quimioensorial vertebrado em uma faixa de taxa. Ao reduzir os estímulos externos, os labirintos Y removem fatores de confusão e apresentam animais focais com uma escolha binária. Em nossos estudos do labirinto Y, um animal perfumado é restrito a um braço do labirinto para deixar uma trilha de perfume e é removido uma vez que parâmetros de fixação de perfumes foram atingidos. Então, dependendo do tipo de ensaio, ou o animal focal é permitido no labirinto, ou uma trilha de perfume concorrente é criada. O resultado é um registro da escolha e comportamento do animal focal enquanto discrimina entre as pistas químicas apresentadas. Aqui, são descritos dois aparelhos Y-maze adaptados a diferentes espécies de répteis invasores: lagartos argentinos de tegu preto e branco(Salvator merianae) e pítons birmaneses (pythonbivittatus),delineando a operação e limpeza desses labirintos Y. Além disso, foram resumidas a variedade de dados produzidos, desvantagens experimentais e soluções e estruturas sugeridas de análise de dados.
Labirintos Y são ferramentas comuns e simples em estudos de comportamento animal que permitem que uma variedade de perguntas sejam abordadas. Além de serem amplamente utilizados em estudos de laboratório, os labirintos Y também são funcionalmente compatíveis com vários ambientes de campo para estudar animais selvagens em ambientes relativamente remotos. Pesquisadores examinaram os comportamentos de vertebrados selvagens usando labirintos Y em uma grande variedade de taxas em aplicações de campo similarmente diversas (por exemplo, lampreys1; peixe cíclico2; sapos venenosos3; lagartos lacertídeos4; cobras de liga5).
Muitos pesquisadores estão focados em como e em que grau as pistas químicas impulsionam comportamentos animais na ecologia reprodutiva, espacial e forrageira6. Uma variedade de estímulos químicos pode ser testada em labirintos Y e em escalas finas, como duas trilhas químicas que diferem ligeiramente na concentração7, ou capacidade de detecção com base no estado reprodutivo daespécie-alvo 8. Trilhas químicas — o principal estímulo usado em testes de labirinto Y — podem ser naturalmente criadas por conespecíficos ou especificamente colocadas no ambiente por um pesquisador usando uma fonte química definida1,5. Os estímulos também podem ser testados em combinações únicas para determinar a influência multimodal de pistas, como a mudança de contextos de apresentação de pistas (trilhas aéreas vs. substrato9; pistas visuais mais químicas10). Embora existam muitos outros métodos para avaliar respostas quemosensoriais em répteis (ver seção de discussão), os labirintos Y permitem que os comportamentos de busca sejam avaliados e em múltiplas escalas temporais e espaciais, o que pode levar a maiores níveis de inferência comportamental.
Os répteis têm sido amplamente testados por sua dependência de pistas químicas na ecologia reprodutiva e forrageira, e os pesquisadores frequentemente empregam labirintos Y nestes estudos11,12. A ecologia química dos répteis continua a ser decifrada por estudos que empregam labirintos Y para abordar uma variedade de questões evolutivas e comportamentais que são valiosas para os gestores da vida selvagem. Por exemplo, testes recentes com espécies invasivas de cobras e lagartos revelaram que apenas pistas químicas podem influenciar a escolha e a alocação de tempo dentro do novo ambiente de um labirinto Y13,14,15.
O uso de grandes labirintos Y para animais focais de tamanho moderado (por exemplo, répteis de grande porte) é geralmente restrito a ambientes de laboratório onde os animais focais podem ser alojados facilmente a longo prazo, fatores experimentais (por exemplo, clima, luz, estímulos externos) podem ser controlados, e o acesso à infraestrutura (por exemplo, energia, água corrente) é ilimitado. Estudos sobre animais silvestres, no entanto, são muitas vezes restritos a locais específicos por várias razões (por exemplo, logística, permissão). Como resultado, surgem desafios que devem ser enfrentados por meio de resolução criativa de problemas e ajustes metodológicos para manter resultados consistentes e comparáveis.
Aqui, duas configurações experimentais foram descritas usando labirintos Y e ferramentas de monitoramento remoto para avaliar a ecologia química reprodutiva de répteis invasivos (ou seja, cobras e lagartos) em diferentes cenários de campo: lagartos de tegu argentinos capturados e cativos(Salvator merianae)em Gainesville, FL, e pítons birmaneses(Python bivittatus)em Everglades National Park, FL. Como implícito pelo seu nome, o aparelho Y-maze cria um ambiente experimental no qual um animal entra em uma passagem principal (a base do Y; “base”) que, então, leva a duas passagens divergentes (os braços do Y; “braços”). Nestes experimentos, dois tipos de animais são usados para um único ensaio: animais que colocam o perfume (fornecem o cheiro de estímulo em uma área restrita do labirinto) e animais focais (dados são coletados neste animal enquanto explora a trilha do perfume).
Como um aparelho experimental em estudos quimiológicos, qualquer labirinto Y deve ser construído de forma a permitir a fácil remoção do animal dentro e pode ser dissecado para limpeza e reset completo. Também são discutidas as restrições inerentes a esses diferentes ambientes de teste (por exemplo, animais diurnos vs. noturnos, diferenças de infraestrutura) que provocaram ajustes metodológicos. Embora o foco estivesse nos lagartos tegu e nas pítons birmanesas, esses desenhos podem ser aplicados a uma ampla gama de espécies de répteis. Nesta pesquisa sobre répteis invasores, os labirintos Y beneficiam a taxa e a escala de inferência, pois permitem a rápida coleta de dados para informar as metas de manejo que mudam em passo com a ameaça de invasão representada por uma determinada espécie. Em particular, estudar a quimioterapia de espécies invasoras é fundamental para o desenvolvimento de ferramentas eficazes de controle químico.
A discriminação é a observação-chave dos testes empíricos usando labirintos Y onde um animal focal escolhe entre dois estímulos e que o processo de tomada de decisão é avaliado. Uma faixa de comportamentos também pode ser pontuada em ensaios Y-maze durante o próprio julgamento (ao vivo) ou após o julgamento (vídeo) para expandir o poder inferencial. A complexidade dos objetivos a priori de um determinado estudo ditam se a observação ao vivo ou gravações arquivadas melhor se adequam ao projeto. Aqui, os métodos do labirinto Y foram descritos em detalhes para abordar questões quimiológicas para informar estudos futuros de pesquisadores interessados em questões semelhantes sobre o comportamento dos répteis, especialmente na ecologia química.
Embora os labirintos Y sejam ferramentas muito poderosas para investigar a ecologia química em répteis, seu design limitado pode impedir outras vias de investigação. No entanto, uma diversidade de outras opções está disponível11,12,20,21,22. Por exemplo, ensaios de língua-flick são mais simples de executar e permitem a avaliação simultânea de comportamentos exibidos a uma série de estímulos químicos relativos ao controle de odores23,24,25,26. Testes de campo aberto são outra opção onde um animal focal explora livremente um recinto até encontrar uma fonte de sinais químicos, e suas reações comportamentais são posteriormente pontuadas27,28. Combinações dessas abordagens podem avaliar capacidades discriminatórias de répteis em contextos variados, como apresentar uma mistura de odores artificiais e naturais junto com a refugia29. Os labirintos Y também podem ser modificados para expor animais a sinais químicos aéreos sozinhos ou em combinação com as pistas de substrato16,30e inferência pós-hoc podem ser usadas para redesenhar a coleta de dados se os dados de vídeo arquivados estiverem disponíveis31. Os bioensadores devem ser projetados para simplificar a coleta de dados e minimizar estímulos conflitantes, especialmente quando uma fonte específica de pistas está sendo avaliada (por exemplo, pistas químicas21).
Pesquisadores em comportamento animal frequentemente observam e quantificam respostas focais de animais em ambientes novos e artificiais (por exemplo, um labirinto fechado com uma paisagem sem características), e devem ser tomados cuidados para avaliar se um determinado animal está exibindo comportamento natural, exploratório versus evasão, agitação ou comportamento semelhante angustiado. O comportamento animal angustiado em aparelhos experimentais é atribuído principalmente à neofobia: medo da novidade32. Um exemplo é o comportamento de fuga, onde o animal focal empurra contra as articulações ou as bordas do aparelho para alcançar a saída. Outro exemplo é a timidez, onde o animal focal demonstra relutância em entrar no labirinto, o grau do qual pode ser quantificado pela latência da entrada do labirinto. O aparelho (re)design pode facilitar o engajamento do animal focal para evitar esses efeitos confusos de angústia. A abordagem mais comum é a introdução repetida do animal focal no aparelho para remover a novidade do ambiente antes do início dos testes, e modelos estatísticos contemporâneos (por exemplo, modelos combinados lineares generalizados) permitem que animais de teste sejam usados em múltiplos ensaios. Um ponto importante, relevante para as considerações ecológicas nos testes comportamentais, é que a redução da neofobia está associada ao sucesso das espécies invasoras33. Assim, dependendo do conhecimento a priori da espécie em questão, a neofobia pode ter importância variável como consideração experimental do design.
A aquisição de dados comportamentais de vídeos impõe múltiplas restrições que se tornam grandes gargalos em cronogramas experimentais. Por exemplo, o comprimento de um determinado ensaio pode aumentar exponencialmente o tempo de extração de dados. Uma solução alternativa é analisar o comportamento apenas até que um limite seja cumprido (por exemplo, tempo total ativo). O limiar pode ser baseado no vídeo mais longo disponível para um determinado teste. Alternativamente, a observação baseada em máquinas (por exemplo, inteligência artificial) pode ser desenvolvida, embora isso seja demorado e consumir recursos com um esforço considerável necessário para o controle de qualidade. Outra questão é o gerenciamento de dados: os vídeos devem ser de qualidade suficiente para permitir a pontuação e avaliação comportamental, resultando em restrições de armazenamento de dados. Embora o armazenamento em nuvem esteja agora acessível, as taxas de upload/download são muitas vezes problemáticas, especialmente quando a aquisição de dados ocorre em locais de campo remoto. Desafios adicionais se manifestam nas limitações das ferramentas de gravação que afetam a integridade da observação comportamental. A visão clara do comportamento focal animal é sempre necessária, mas a visibilidade é frequentemente impedida por fatores incontroláveis (por exemplo, umidade, insetos, movimento do vento). Além disso, quando as gravações vêm de uma única perspectiva (por exemplo, visão do olho do pássaro), comportamentos que ocorrem no plano vertical (por exemplo, aumentos de cabeça14) são difíceis de avaliar. Uma solução é fornecer múltiplos ângulos de câmera por teste. Por fim, a hora do dia afeta significativamente a gravação comportamental. A análise comportamental noturna requer uma câmera com modo noturno e projeção mínima de luz para evitar brilho obstrutivo na superfície do labirinto Y ou atração de insetos que podem interromper a alimentação da câmera. Considerando o acima, o conhecimento prévio do local de estudo ou biologia das espécies pode informar quais restrições provavelmente ocorrerão com qual frequência e, assim, informar tamanhos amostrais desejáveis.
O comportamento é fortemente associado à fisiologia, e a utilidade dos labirintos Y para avaliação da endocrinologia comportamental em uma variedade de espécies foi demonstrada. No entanto, este artigo enfatiza alguma variação na execução desses experimentos, dependendo das espécies-alvo, questão de pesquisa e recursos disponíveis. Portanto, a seleção de materiais e dimensões de cada configuração de teste deve ser cuidadosamente considerada para potencial expansão subsequente da pesquisa. A Seção 2 descreve modificações feitas em materiais descritos na seção 1, que foram incorporadas para acomodar futuros ensaios comportamentais mais complexos com tegus. O aumento da profundidade vertical dos labirintos de Everglades permitirá que novas perguntas sobre ecologia química em tegus capturados selvagens sejam respondidas sem prolongar indevidamente o projeto e a configuração, demonstrando ainda mais a tradução deste aparelho experimental.
Ao empregar as técnicas acima descritas em um ambiente relativamente remoto (ver seção 2), existem vários fatores limitantes que devem ser considerados, e o planejamento do projeto é primordial. Dependendo do poder estatístico necessário para o experimento de tratamento prescrito e do tempo biológico das espécies-alvo (por exemplo, sazonalidade), os recursos e o trabalho necessários serão afetados. Além disso, se for necessário um uso único ou repetido de animais focais, é necessária uma atenção cuidadosa para reduzir potenciais estressores. Cada um desses fatores estenderá o cronograma do projeto ou exigirá maior mão-de-obra, espaço e materiais. Por exemplo, a seção 2 apresenta o uso de pítons machos capturados selvagem como animais focais atrás de outro grupo de machos capturados selvagens e hormonalmente manipulados, todos os quais requerem aproximadamente 24 horas de tempo de aclimatação silenciosa em caixas de retenção para minimizar os efeitos do estresse. Embora esses períodos de aclimatação tenham estendido os tempos de teste para mais de dois dias, o estresse devido ao cativeiro e manuseio afetam o comportamento dos animais selvagens e devem ser minimizados para gerar conjuntos de dados limpos34,35.
Em resumo, os labirintos Y são ferramentas poderosas e adaptáveis que podem ser usadas para investigar a ecologia química de diversos animais selvagens em condições amplamente variáveis, desde que haja um planejamento a priori vigilante. Deve-se levar em consideração para escolher as perguntas apropriadas e projetar adequadamente a configuração experimental para determinadas taxas e condições. Pesquisadores e gestores podem se beneficiar significativamente do uso de labirintos Y para entender melhor a biologia quimioensory animal, pois essas ferramentas permitem projetos experimentais flexíveis que fornecem grandes volumes de dados comportamentais em escala fina, especialmente quando combinados com ferramentas de monitoramento remoto.
The authors have nothing to disclose.
O desenvolvimento do primeiro labirinto Y foi apoiado por acordos de cooperação (15-7412-1155-CA, 16-7412-1269-CA e 17-7412-1318-CA) entre a James Madison University (JMU) e o Serviço de Inspeção de Saúde Animal e Vegetal do USDA. O desenvolvimento do labirinto Y no Parque Nacional de Everglades foi financiado por um acordo de cooperação (P18AC00760) entre a JMU e o Serviço Nacional de Parques. Agradecemos a T. Dean e B. Falk por sua facilitação deste projeto em Everglades NP e assistência com autorização e financiamento. Agradecemos a W. Kellow pela ajuda na construção do usgs Y-maze. C. Romagosa, L. Bonewell e R. Reed forneceram apoio administrativo e logístico. Agradecemos aos dois revisores anônimos que ofereceram feedback útil. O financiamento para o trabalho de Everglades e apoio em espécie foi fornecido pelo Programa de Ciência do Ecossistema Prioritário do Usgs (USGS) Greater Everglades Priority Ecosystem Science, National Park Service (P18PG00352) e usgs Invasive Species Program. Qualquer uso de nomes comerciais, firmes ou de produtos é apenas para fins descritivos e não implica endosso do Governo dos EUA. As conclusões e conclusões desta publicação não foram formalmente divulgadas pelo Departamento de Agricultura dos EUA e não devem ser interpretadas para representar a determinação ou política do USDA.
1" Steel zinc-plated corner brace | Everbilt, The Home Depot | 13619 | See Supplemental File 1, Step 2.1 "90 degree 2.5 cm steel corner brace" |
121.92cm W x 304.8cm L x 1.27cm H white polypropylene Extended Range High-Heat UHMW Sheet | TIVAR | UHMNV SH | See "2.1. Y-maze components and rationale for changes to USDA design " (step 2.1.1. "white polpropylene") |
182.88 cm L x 81.28 cm W x 0.64 cm Thick Clear Acrylic Sheet | Plexiglass | 32032550912090 | See "2.1. Y-maze components and rationale for changes to USDA design " (step 2.1.1.6. "Acrylic pieces") |
2.54 cm W x 2.54 cm H x 243.84 cm L Mill-Finished Aluminum Solid Angle | Steelworks | 11354 | See "2.1. Y-maze components and rationale for changes to USDA design " (step 2.1.1.1. "aluminum angle bracket") |
4.5 kg spool of 5 mm Round Polypropylene Welding Rods | HotAirTools | AS-PP5N10 | See "2.1. Y-maze components and rationale for changes to USDA design " (step 2.1.1. "heat weld") |
5 mm Plain Aluminum Rivets | Arrow | RLA3/16IP | See "2.1. Y-maze components and rationale for changes to USDA design " (step 2.1.1.1. "rivet") |
Aluminum angle, 1.9 cm | Everbilt, The Home Depot | 802527 | See Supplemental File 1, Step 1.2 "aluminum angle (1.9 cm x 1.9 cm x 0.16 cm thick)" |
Aluminum angle, 2.5 cm | Everbilt, The Home Depot | 800057 | See Supplemental File 1, Steps 1.2 and 2.2.2 "aluminum angle (2.5 cm x 2.5 cm x 0.16 cm thick)" |
Aluminum angle, 3.2 cm | Everbilt, The Home Depot | 800037 | See Supplemental File 1, Step 1.2 "aluminum angle (3.2 cm x 3.2 cm x 0.16 cm thick)" |
Aluminum flat bar 1" x 1/8" thick | Everbilt, The Home Depot | 801927 | See Supplemental File 1, Step 3.2.1 "aluminum strap" |
Avigilon 2.0 MP camera | Avigilon, a Motorola Solutions Company | 2.0C-H4SL-BO1-IR | See "1.5 Camera set-up and video acquisition" (step 1.5.1 "Avigilon 2.0 MP") |
Avigilon NVR | Avigilon, a Motorola Solutions Company | HD-NVR3-VAL-6TB-NA | See "1.5 Camera set-up and video acquisition" (step 1.5.3 "NVR") |
Clear acrylic sheet (5.6 mm thick) | United States Plastic Corp. | 44363 | See Supplemental File 1, Step 1.3 "clear acrylic sheet" and step 3.2.1 "clear acrylic door" |
Fillet Weld Nozzle 3/16" x 15/32" / 4.5 x 12 mm | TRIAC | 107.139 | See "2.1. Y-maze components and rationale for changes to USDA design " (step 2.1.1. "heat weld") |
Hanging File Folder Box | Sterilite | 18689004 | See "2.1. Y-maze components and rationale for changes to USDA design " (step 2.1.2.1. "Boxes") |
HardiePanel HZ10 | James Hardie Building Products | 9000525 | See Supplemental File 1, Step 1.1 "fiber cement siding" |
Heat Welding Gun | TRIAC | 141.227 | See "2.1. Y-maze components and rationale for changes to USDA design " (step 2.1.1. "heat weld") |
Kraft Butcher Paper Roll, 24" | Bryco Goods | 24 inch x 175 FT | See "1.2 Protocol for running scent-laying tegus" (step 1.2.1.2 "butcher paper") |
Kraft Butcher Paper Roll, 46 cm wide | Bryco Goods | BGKW2100 | See "2.3. Protocol for running scent-laying pythons" (step 2.3.4. "scenting paper") |
Micro-90 Concentrated Cleaning Solution | International Products Corporation | M-9050-12 | See "1.4 Breakdown and clean-up" (step 1.4.4 "laboratory-grade soap") |
MKV ToolNix – Matroska tools for linux/Unix and Windows | Moritz Bunkus | v.48.0.0 | See "2.2. Camera setup and video acquisition" (step 2.2.4.2. "movie processing software") |
Network Camera | Axis Communications | M3104-LVE | See "2.2. Camera setup and video acquisition" (step 2.2.1. "Project camera") |
Palight ProjectPVC 1/4" | Palram | 159841 | See "2.1. Y-maze components and rationale for changes to USDA design " (step 2.1.2.3. "faceplate") |
Palight ProjectPVC 1/8" | Palram | 156249 | See "2.1. Y-maze components and rationale for changes to USDA design " (step 2.1.2.1. "door") |
Privacy windscreen (green) | MacGregor | Size to fit | See Supplemental File 1, Step 4.2 "green heavy duty shade cloth" |
Protective Glove, Full-Finger | ArmOR Hand | HS1010-RGXL | See "2.3. Protocol for running scent-laying pythons" (step 2.3.11.2. NOTE: "puncture-resistant glove") |
REScue Disinfectant | Virox Animal Health | 44176 | See "1.5. Breakdown and clean-up." (step 1.5.4. NOTE "sanitation solution") |
Reversable PVC trim, 1/2" x 24" | UFP Industries, Veranda products | H120XWS17 | See Supplemental File 1, Step 2.1 "PVC board partition", and step 3.2.1 "thinner PVC trim boards" |
S4S / Veranda HP TRIM | UFP Industries, Veranda products | H190OWS4 | See Supplemental File 1, Steps 1.2, 2.2.2, and 2.2.3 "PVC board" |
S4S / Veranda HP TRIM (1" x 8" Nominal) | UFP Industries, Veranda products | 827000005 | See Supplemental File 1, Steps 3.2.1 "PVC trim board" |
ScotchBlue 24 in. Pre-taped Painter’s Plastic | 3M | PTD2093EL-24-S | See "1.2 Protocol for running scent-laying tegus" (step 1.2.1.3 "plastic sheeting") |
Sterilite 114 L tote box | Sterilite Company | 1919, Steel | See Supplemental File 1, Step 3.2 "arm box" |
Sterilite 189 L tote box | Sterilite Company | 1849, Titanium | See Supplemental File 1, Step 3.2 "Base box" |
Super Max Canopy | ShelterLogic | 25773 | See Supplemental File 1, Step 4.3 "white canopy" |
VLC Media Player | VideoLAN | v.3.0.11 | See "2.2. Camera setup and video acquisition" (step 2.2.4.3. "media file reviewing program") |
White Pavilion Tent | King Canopy | BJ2PC | See Supplimental File 2 "3. Enclosure materials and consideratons" (step 3. "pavilion tent") |